EP0290566B1

EP0290566B1 - Device for producing images of an object, and in particular for observing the rear region of the eye

Info

Publication number: EP0290566B1
Application number: EP87907939A
Authority: EP
Inventors: Manfred Feuerstein; Ulrich Klingbeil; Claus-Heinrich KÜHL; Andreas Plesch
Original assignee: G Rodenstock Instrumente GmbH
Current assignee: G Rodenstock Instrumente GmbH
Priority date: 1986-11-08
Filing date: 1987-11-09
Publication date: 1992-02-05
Anticipated expiration: 2007-11-09
Also published as: DE3638226A1; JPH0351408B2; WO1988003396A1; DE3776650D1; EP0290566A1; JPH01501527A; ATE72393T1

Abstract

The device described comprises a lighting unit (21, 22), of which the light is focussed on the object to be represented, and is provided preferably with at least one laser, a scanning unit, which produces on the object to be represented a scanning movement of the light of the lighting unit, a detection unit with at least one detector (311, 312, 313, 314), which receives the light reflected from the object to be represented, and an evaluation and synchronization unit which produces the image on the basis of the time-sequential output signal of te detection unit. The device is characterized in that, by means of specific lighting and/or back-scattered light analysis according to a very wide range of criteria, it is possible to obtain much more thorough information, for example on the back of the eye, than with any other known image production device.

Description

Technical field

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Bildern eines Objekts und insbesondere zur Beobachtung der hinteren Augenabschnitte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for generating images of an object and in particular for observing the rear eye sections according to the preamble of claim 1.

State of the art

Vorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sind allgemein bekannt und werden in den verschiedensten Gebieten zur Erzeugung von Bildern eingesetzt. Beispielsweise in der Medizintechnik sind eine Reihe von Laser-Scanning-Kameras, Laser-Scanning-Mikroskopen und Laser-Scanning-Ophthalmoskopen vorgeschlagen worden.Devices according to the preamble of claim 1 are generally known and are used in a wide variety of areas for generating images. For example, a number of laser scanning cameras, laser scanning microscopes and laser scanning ophthalmoscopes have been proposed in medical technology.

Vorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 haben sich insbesondere dann als vorteilhaft herausgestellt, wenn ein vergleichsweise großes Objekt durch eine kleine vor dem Objekt angeordnete Blende betrachtet werden muß: Beispielsweise bei der Beobachtung der hinteren Augenabschnitte besteht die Schwierigkeit, daß die Beleuchtung und die Beobachtung des Fundus durch die Augenpupille und die häufig optisch nicht klaren vorderen Augenmedien erfolgen muß, an denen Reflexe auftreten, und die Abbildungsfehler erzeugen. Ähnliche Verhältnisse sind aber auch in anderen medizinischen oder technischen Einsatzfällen gegeben.Devices according to the preamble of claim 1 have proven to be particularly advantageous when a comparatively large object has to be viewed through a small aperture arranged in front of the object: for example when observing the rear eye sections there is the difficulty that the illumination and the observation of the Fundus through the eye pupil and the often optically not clear front eye media, where reflexes occur, and which produce aberrations. Similar conditions also exist in other medical or technical applications.

In der Vergangenheit sind deshalb zur Beobachtung der hinteren Augenabschnitte meist Funduskameras verwendet worden, bei denen zur Unterdrückung des sog. Corneareflexes die Eintritts- und die Austrittspupille nach "GULLSTRAND" separiert sind: Der für die Beleuchtung verwendete Teil der Augenpupille umgibt ringförmig den für die Beobachtung verwendeten Teil.In the past, therefore, fundus cameras were mostly used to observe the rear eye sections, in which the entrance and exit pupils are separated according to "GULLSTRAND" to suppress the so-called corneal reflex: The part of the eye pupil used for the illumination surrounds the part for the observation in a ring part used.

Trotzdem können bei diesen bekannten Funduskameras Reflexe nicht vollständig unterdrückt werden. Zudem ist die erreichbare Auflösung von ca 15 µm häufig unzureichend.Nevertheless, reflexes cannot be completely suppressed in these known fundus cameras. In addition, the achievable resolution of approx. 15 µm is often insufficient.

Deshalb ist bereits mehrfach vorgeschlagen worden, zur Beobachtung des Augenhintergrunds Vorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu verwenden, die den Augenhintergrund nicht großflächig auszuleuchten, sondern mit auf einen möglichst kleinen Fleck fokussierten Beleuchtungslicht abzutasten und das reflektierte Licht in Zuordnung zur Abtastsequenz zu erfassen. Hierzu wird beispielsweise auf "The foundations of Opthalmology", Bd. VII, S.307/308, Jg. 1962, die US-A-4 213 678, die EP-A-0 145 563 sowie die japanischen Patentveröffentlichungen 61-5730 und 50-138822 verwiesen.For this reason, it has already been proposed several times to use devices for observing the fundus of the eye that do not illuminate the fundus of the eye over a large area, but instead scan with illuminating light focused on the smallest possible spot and record the reflected light in association with the scanning sequence. For this, for example, "The foundations of Opthalmology", Vol. VII, pp. 307/308, born in 1962, US-A-4 213 678, EP-A-0 145 563 and Japanese patent publications 61-5730 and 50-138822.

Die aus den genannten Fundstellen bekannten Vorrichtungen unterscheiden sich u.a. in der Pupillenseparation: so werden in der japanischen Patentveröffentlichung 61-5730 eine "GULLSTRAND-Pupille", in der US-A-4 213 678 eine invertierte "GULLSTRAND-Pupille" und in der jaganischen Patentveröffentlichung 50-138822 nebeneinanderliegende Pupillen für das Beleuchtungs- und das Beobachtungslicht vorgeschlagen.The devices known from the sources mentioned differ, inter alia, in the pupil separation: for example, a "GULLSTRAND pupil" in Japanese Patent Publication 61-5730, an inverted "GULLSTRAND pupil" in US Pat. No. 4,213,678 and in the JAGAN one Patent publication 50-138822 proposed side-by-side pupils for the illuminating and the observation light.

Bei der in der EP-A-0 145 563 beschriebenen Vorrichtung zur Beobachtung der hinteren Augenabschnitte sind sowohl der Beleuchtungs- als auch der Beobachtungslichtstrahl über die Abtasteinrichtung geführt. Ein derartiges "Double-Scanning-System" hat den Vorteil, daß der reflektierte Lichtstrahl mit einem ortsfesten Detektor mit vergleichsweise kleiner Fläche nachgewiesen werden kann.In the device for observing the rear eye sections described in EP-A-0 145 563, both the illuminating and the observing light beam are guided over the scanning device. Such a "double scanning system" has the advantage that the reflected light beam can be detected with a fixed detector with a comparatively small area.

Den genannten Vorrichtungen zur Beobachtung der hinteren Augenabschnitte mit "scannender Beleuchtung" ist gemeinsam, daß die Auflösung des erhaltenen Bildes durch die Größe des "Fokusfleckes" (ca 8-12µm) auf dem Augenhintergrund bestimmt ist, und daß das reflektierte Licht mit einem einzigen Detektor mit einer mehr oder weniger großen Bildfeldblende zum Aufbau des Bildes der hinteren Augenabschnitte erfaßt wird.The devices mentioned for observation of the rear eye sections with "scanning illumination" have in common that the resolution of the image obtained is determined by the size of the "focus spot" (approx. 8-12 µm) on the fundus and that the reflected light with a single detector is captured with a more or less large field diaphragm to build up the image of the posterior eye sections.

Eine weitergehende Analyse des rückgestreuten Lichts ist bislang nicht in Betracht gezogen worden.A further analysis of the backscattered light has not yet been considered.

Presentation of the invention

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es gerade bei Vorrichtungen zur Erzeugung von Bildern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch besondere Arten der Beleuchtung und/oder der Analyse des rückgestreuten Lichts nach den verschiedensten Kriterien möglich ist, wesentlich weitergehende Informationen über das abzubildende Objekt, beispielsweise den Augenhintergrund zu erhalten als dies mit irgendeiner anderen der bekannten Vorrichtungen zur Bilderzeugung möglich ist.The invention is based on the knowledge that it is possible in devices for generating images according to the preamble of claim 1 by special types of lighting and / or analysis of the backscattered light according to various criteria, much more extensive information about the object to be imaged For example, to maintain the fundus of the eye than is possible with any other of the known imaging devices.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Bildern eines Objekts gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß durch besondere Arten der Beleuchtung und/oder der Analyse des rückgestreuten Lichts eine über die reine Bilderzeugung hinausgehende Analyse des abzubildenden Objekts möglich wird.The invention is therefore based on the object of developing a device for generating images of an object in accordance with the preamble of claim 1 in such a way that Special types of lighting and / or analysis of the backscattered light make it possible to analyze the object to be imaged, going beyond pure image generation.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.A solution to this problem according to the invention is characterized by its developments in the claims.

Beispielsweise ermöglicht die im Anspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung eine räumliche Analyse und/oder eine Analyse des Polarisationszustandes des rückgestreuten Lichts. Hierzu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Detektoreinrichtung mit mehreren Einzeldetektoren auf, die zur Erfassung des von unterschiedlichen Ebenen reflektierten Lichts und/oder zur Erfassung der flächenhaften Intensitätsverteilung des Lichts in einer Ebene und/oder zur Erfassung des Polarisationszustandes des Lichts konjugiert zu unterschiedlichen Ebenen bzw. zu unterschiedlichen Bereichen einer Ebene angeordnet bzw. denen entsprechende Blenden oder Polarisationsfilter vorgeschaltet sind.For example, the device characterized in claim 1 enables spatial analysis and / or analysis of the polarization state of the backscattered light. For this purpose, the device according to the invention has a detector device with a plurality of individual detectors, which conjugate to different levels or to detect the light reflected from different planes and / or to detect the areal intensity distribution of the light in one plane and / or to detect the polarization state of the light Arranged different areas of a level or the corresponding diaphragms or polarization filters are connected upstream.

Diese Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt damit eine Messung der räumlichen Intensitätsverteilung und/oder des Polarisationszustandes des an dem abzubildenden Objekt, beispielsweise den hinteren Augenabschnitten reflektierten Lichts. Darüberhinaus ist durch die Anordnung von Detektoren in zu verschiedenen Ebenen des abzubildenden Objekts konjugierten Ebenen eine Tiefenanalyse des Objekts möglich.This configuration of the device according to the invention thus allows a measurement of the spatial intensity distribution and / or the state of polarization of the light reflected on the object to be imaged, for example the rear eye sections. In addition, the arrangement of detectors in planes conjugated to different planes of the object to be imaged enables a depth analysis of the object.

Ausdrücklich soll an dieser Stelle klargestellt werden, daß es bei der vorliegenden Erfindung, wenn davon die Rede ist, daß Detektoren eine bestimmte Form (Umriß) haben oder an einer bestimmter Stelle angeordnet sind, nicht erforderlich ist, daß die Detektoren tatsächlich entsprechend ausgebildet sind. Es genügt vielmehr, wenn gemäß Anspruch 34 an der entsprechenden Stelle bildfeldbestimmende Blenden angeordnet sind, die mit den Detektoren über lichtleitende Mittel, beispielsweise Relaisoptiken oder Lichtleiter (Anspruch 35) verbunden sind. Diese Anordnung bildfeldbestimmender Blenden anstelle von Detektoren ist eine besondere Eigenschaft des zum Bildaufbau verwendeten "Scan-Verfahrens", bei dem keine eigentliche Abbildung erfolgt, sondern das zu jedem Zeitpunkt in den gesamten Raumwinkel bzw. den erfaßbaren Raumwinkel reflektierte bzw. gestreute Licht erfaßt und zeitsequentiell zum Bildaufbau ausgewertet wird.It is expressly intended to clarify at this point that it is not necessary in the present invention, when it is said that detectors have a specific shape (outline) or are arranged in a specific position is that the detectors are actually designed accordingly. Rather, it is sufficient if, according to claim 34, diaphragms determining image fields are arranged at the corresponding location, which are connected to the detectors via light-guiding means, for example relay optics or light guides (claim 35). This arrangement of image field-determining diaphragms instead of detectors is a special property of the "scan method" used for image construction, in which no actual imaging takes place, but rather the light reflected or scattered in the entire solid angle or the detectable solid angle at all times and recorded sequentially is evaluated for image construction.

Bei der im Anspruch 2 gekennzeichneten Lösung der erfindungsgemäß gestellten Aufgabe wird Licht mehrerer Wellenlängen, vorzugsweise das Licht mehrerer Laser gleichzeitig auf die gleiche Stelle des abzubildenden Objekts projiziert. Hierdurch können die verschiedensten Wirkungen erzielt werden:In the solution of the object according to the invention characterized in claim 2, light of several wavelengths, preferably the light of several lasers, is projected simultaneously onto the same location of the object to be imaged. A wide variety of effects can be achieved in this way:

Beispielsweise ist es bei einem Laser-Scanning-Ophthalmoskop möglich, eine Weißlichtbeleuchtung zu simulieren und mit einer "Echtfarb-Darstellung" auf einem Monitor dem Augenarzt subjektiv das "gewohnte" Bild des Augenhintergrundes zu liefern.For example, with a laser scanning ophthalmoscope, it is possible to simulate white light illumination and subjectively provide the ophthalmologist with the "usual" image of the fundus of the eye with a "true color display" on a monitor.

Darüberhinaus ist es bei geeigneter Wahl der Wellenlängen möglich, beispielsweise die Blutsauerstoffsättigung zu bestimmen, die Störungen der lokalen Durchblutung und des gesamten Kreislaufs, avaskuläre Zonen etc. zeigt. Ferner ist eine Tumoranalyse, eine Sehpigmentanalyse etc möglich.In addition, with a suitable choice of the wavelengths, it is possible, for example, to determine the blood oxygen saturation, which shows disturbances in the local blood circulation and the entire circulation, avascular zones, etc. Tumor analysis, visual pigment analysis, etc. are also possible.

Weiterhin ist es bei gleichzeitiger Verwendung eines Ar⁺- Lasers oder eines HeNe-Lasers sowie eines Lasers mit einer abweichenden Wellenlänge möglich, gleichzeitig ein Angiofluoreszenz- und ein "normales" Bild des Fundus zu erhalten.Furthermore, when using an Ar⁺- Laser or a HeNe laser as well as a laser with a different wavelength possible to get an angiofluorescence and a "normal" image of the fundus at the same time.

Die gleichzeitige Verwendung von Licht mehrerer Wellenlängen ermöglicht darüberhinaus noch folgende interessante Möglichkeit:The simultaneous use of light of several wavelengths also offers the following interesting possibility:

Die Schärfentiefe des Beleuchtungslichts hängt von der Eintrittspupille, d.h. von der Größe und der Form der Pupille für das Beleuchtungslicht ab. Beispielsweise bei einer als invertierte Gullstrand-Pupille ausgebildeten Eintrittspupille, wie sie in der US-A- 4 213 678 vorgeschlagen worden ist, erhält man aufgrund des kleinen Randwinkels des Beleuchtungslichts eine große Schärfentiefe. Andererseits erhält man bei Verwendung einer normalen Gullstrand-Pupille oder der in der EP-A-0 145 563 verwendeten Pupille aufgrund des großen von den Randstrahlen eingeschlossenen Winkels eine kleine Schärfentiefe.The depth of field of the illuminating light depends on the entrance pupil, i.e. on the size and shape of the pupil for the illuminating light. For example, in the case of an entrance pupil designed as an inverted Gullstrand pupil, as has been proposed in US Pat. No. 4,213,678, a large depth of field is obtained due to the small contact angle of the illuminating light. On the other hand, when using a normal Gullstrand pupil or the pupil used in EP-A-0 145 563, a small depth of field is obtained due to the large angle enclosed by the marginal rays.

Normalerweise wird die Eintrittspupille entsprechend den jeweiligen Vorgaben gewählt, wobei die invertierte Gullstrand-Pupille die beste Auflösung liefert, da bei ihr die optisch schlechteren Randbereiche des Auges nicht für die Beleuchtung verwendet werden und somit das Beleuchtungslicht auf den kleinsten Fleckdurchmesser fokussierbar ist.Normally, the entrance pupil is selected according to the respective specifications, the inverted Gullstrand pupil providing the best resolution, since the optically poorer peripheral areas of the eye are not used for the illumination and the illuminating light can therefore be focused on the smallest spot diameter.

Bei Verwendung von mehreren Lichtquellen, die Licht unterschiedlicher Wellenlänge liefern, können nun gemäß Anspruch 3 unterschiedliche Eintrittspupillen verwendet werden, wobei es gemäß Anspruch 4 besonders bevorzugt ist, wenn für Licht der einen Wellenlänge eine Eintrittspupille verwendet wird, die eine große Schärfentiefe liefert, sowie für Licht einer anderen Wellenlänge eine Eintrittspupille, die eine kleine Schärfentiefe liefert. Damit ist es gleichzeitig möglich, ein Übersichtsbild mit hoher Auflösung und großer Schärfentiefe und ein zweites Bild zu erhalten, das "tiefenselektiv" ist. Dabei kann die Wahl der unterschiedlichen Ein- und gegebenenfalls Austrittspupillen beispielsweise durch eine geeignete wellenlängenselektive Beschichtung des sog. optischen Einkoppelelements (Teilerspiegels), d.h. des den Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlengang trennenden Spiegels erfolgen. In diesem Falle erhält man für die verschiedenen Wellenlängen komplementäre Pupillen. Natürlich ist aber auch eine andere Aufteilung der Pupillen durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise die Verwendung mehrerer Teilerspiegel möglich, so daß auch andere Pupillenteilungen als komplemtäre Pupillen möglich sind.When using a plurality of light sources which supply light of different wavelengths, different entrance pupils can now be used according to claim 3, it being particularly preferred according to claim 4 if an entrance pupil is used for light of the one wavelength which delivers a large depth of field, and for light of a different wavelength, an entrance pupil that delivers a small depth of field. This makes it possible at the same time to obtain an overview image with high resolution and a large depth of field and a second image that is "depth-selective". The different entrance and exit pupils can be selected, for example, by a suitable wavelength-selective coating of the so-called optical coupling element (divider mirror), ie the mirror separating the illumination and observation beam path. In this case, pupils complementary for the different wavelengths are obtained. Of course, a different division of the pupils is also possible by means of suitable measures, for example the use of a plurality of divider mirrors, so that other pupil divisions are also possible as complementary pupils.

Die Signale der verschiedenen Detektoren, also beispielsweise ein Angiographiebild und das "normale Bild" können auf einem Monitor überlagert oder auf mehreren Monitoren dargestellt werden (Anspruch 5).The signals of the different detectors, for example an angiography image and the "normal image" can be superimposed on one monitor or displayed on several monitors.

In jedem Falle kann die Darstellung beider oder mehrerer Bilder in Echtzeit (Anspruch 6) oder nach Speicherung (Anspruch 7) verknüpft werden. Unter "Verknüpfen" werden dabei die in der Bildverarbeitung (Anspruch 32) bekannten Operationen verstanden, beispielsweise erhält man sehr aussagekräftige Bilder durch eine "Echtzeit-Überlagerung" eines Angiographie-Bildes und des normalen Bildes. Die einzelnen direkt oder nach Bildverarbeitung erhaltenen Bilder können natürlich gleichzeitig auf mehreren Beobachtungseinrichtungen, beispielsweise Monitoren dargestellt und/oder aufgezeichnet werden.In any case, the display of both or more images can be linked in real time (claim 6) or after storage (claim 7). "Linking" is understood to mean the operations known in image processing (claim 32), for example very meaningful images are obtained by "real-time superimposition" of an angiography image and the normal image. The individual images obtained directly or after image processing can of course be displayed and / or recorded simultaneously on several observation devices, for example monitors.

Dabei ist es gemäß Anspruch 8 besonders vorteilhaft, die erfindungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, daß sowohl das Beleuchtungslicht als auch das reflektierte Licht über die Abtasteinrichtung geührt wird, da bei einer derartigen Vorrichtung in einfacher Weise nach der Abtasteinrichtung ein Nachweis-Lichtsignal erhalten wird, das seine Lage im Raum nicht ändert.It is particularly advantageous in accordance with claim 8 to design the device according to the invention such that both the illuminating light and the reflected light are guided via the scanning device, since in such a device a detection light signal is obtained after the scanning device in a simple manner Location in the room does not change.

Wie bereits ausgeführt worden ist, kann erfindungsgemäß die räumliche Verteilung des reflektierten Lichts erfaßt und ausgewertet werden: Hierzu ist es insbesondere möglich, Detektoren bzw. bildfeldbestimmende Blenden in Ebenen anzuordnen, die nicht zu der eigentlichen Objektebene konjugiert sind.As has already been explained, the spatial distribution of the reflected light can be detected and evaluated according to the invention: For this purpose, it is in particular possible to arrange detectors or diaphragms which determine the image field in planes which are not conjugate to the actual object plane.

Beispielsweise ist gemäß Anspruch 9 in einer zur Pupille des Auges konjugierten Ebene eine Detektoranordnung bzw. eine bildfeldbestimmende Blende vorgesehen, die die Intensitätsverteilung des reflektierten Lichts in dieser Ebene erfaßt. Die Einzeldetektoren bzw. die Blendenelemente haben dabei vorzugsweise die Form von Kreissektoren (Anspruch 11), so daß der Schwerpunkt des reflektierten bzw. rückgestreuten Lichts, Richtungsasymmetrien usw. ermittelt werden können, wodurch beispielsweise Rückschlüsse auf Oberflächenstrukturen möglich sind (Anspruch 10).For example, according to claim 9, a detector arrangement or an aperture-determining aperture is provided in a plane conjugated to the pupil of the eye, which detects the intensity distribution of the reflected light in this plane. The individual detectors or the diaphragm elements preferably have the shape of circular sectors (claim 11), so that the center of gravity of the reflected or backscattered light, directional asymmetries etc. can be determined, making it possible, for example, to draw conclusions about surface structures (claim 10).

Bei der im Anspruch 12 gekennzeichneten Weiterbildung ist in einer zum abzubildenden Objekt, also beispielsweise zum Augenhintergrund konjugierten Ebene eine Detektoranordnung bzw. eine Blendenanordnung vorgesehen, die die Intensitätsverteilung des reflektierten Lichts in dieser Ebene erfaßt.In the development characterized in claim 12, a detector arrangement or a diaphragm arrangement is provided in a plane conjugated to the object to be imaged, that is, for example, to the fundus of the eye, which detects the intensity distribution of the reflected light in this plane.

Hierdurch ist es beispielsweise möglich, den Anteil der Querstreuung in der Retina durch eine Analyse der Intensitätsverteilung in einer zur Retina konjugierten Bildebene zu ermitteln und dadurch Aufschluß über Netzhaut-Strukturen zu erhalten (Anspruch 13).This makes it possible, for example, to share the To determine transverse scatter in the retina by analyzing the intensity distribution in an image plane conjugated to the retina and thereby to obtain information about retinal structures (claim 13).

Neben der räumlichen Analyse des reflektierten Lichts ist durch die im Anspruch 14 gekennzeichnete Ausgestaltung auch eine Analyse des Polarisiationszustandes des reflektierten Lichts möglich, so daß sich gegenüber den bekannten Vorrichtungen eine verbesserte Darstellung der doppelbrechenden Nervenfaserschicht der Retina ergibt.In addition to the spatial analysis of the reflected light, the configuration characterized in claim 14 also makes it possible to analyze the state of polarization of the reflected light, so that the birefringent nerve fiber layer of the retina is improved compared to the known devices.

Die im Anspruch 15 angegebene Weiterbildung erlaubt darüberhinaus die Ermittlung der Stokes-Parameter zur Beschreibung der Polarisationscharakteristik, durch die lokale Defekte ermittelt und anisotrope, z.B. gerichtete Strukturen der Retina, wie etwa die Nervenfaserschicht hervorgehoben werden können. Im übrigen wird bezüglich der Definition der Stokes-Parameter auf den Artikel "Polarization imaging" in APPLIED OPTICS, Vol. 20, S.1537 folgende verwiesen.The further development specified in claim 15 also allows the determination of the Stokes parameters for describing the polarization characteristic, by means of which local defects are determined and anisotropic, e.g. directed structures of the retina, such as the nerve fiber layer, can be highlighted. For the rest, with regard to the definition of the Stokes parameters, reference is made to the article "Polarization imaging" in APPLIED OPTICS, Vol. 20, p. 1537.

In den Ansprüchen 16 bis 19 sind vorteilhafte Weiterbildungen angegeben, die eine optische Strukturanalyse bzw. eine optische Bildvorverarbeitung des reflektierten Lichts ermöglichen. Die erfindungsgemäß erstmals bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgesehene optische Bildvorverarbeitung arbeitet wesentlich schneller als verfügbare elektronische Bildverarbeitungssysteme und ermöglicht damit selbst bei komplexen Filterungen eine Hervorhebung spezieller Objektstrukturen in Echtzeit !In the claims 16 to 19, advantageous developments are specified which enable an optical structure analysis or an optical image before processing the reflected light. The optical image preprocessing provided according to the invention for the first time in a device according to the preamble of claim 1 works much faster than available electronic image processing systems and thus enables special object structures to be highlighted in real time even with complex filtering!

Je nach Position des analysierenden Filters bzw. der Blende kann man Polarisationszustände isolieren, Richtungsanisotropien selektieren, Aberrationen kompensieren etc. Besonders vorteilhaft ist es, wenn variable, beispielsweise von einem Rechner angesteuerte Filter und/oder Blenden (Anspruch 17), austauschbare und/oder drehbare (Anspruch 19) sowie Blenden mit gradueller Transmission (Apodisierung) vorgesehen sind. Diese Blenden sind in der Regel keine einfachen Lochblenden, sondern je nach Einsatzfall geformte Anordnungen, beispielsweise Schlitze, Ringe, Quadrantenkombinationen oder ein Muster von einzeln angesteuerten Punkten. Ferner können die Blenden teilweise verspiegelte Glasglatten, durchbrochene Spiegel, wellenlängenselektiv bedampfte Spiegel oder teildurchlässige Spiegel sein. Auch ist es möglich, durch eine entsprechende Gestaltung des Teilerspiegels unterschiedlich optisch wirksame Zonen auszubilden !Depending on the position of the analyzing filter or the aperture, polarization states can be isolated, directional anisotropies select, compensate for aberrations etc. It is particularly advantageous if variable filters and / or diaphragms (for example computer-controlled) (exchangeable and / or rotatable (claim 19)) as well as diaphragms with gradual transmission (apodization) are provided. These diaphragms are generally not simple perforated diaphragms but, depending on the application, shaped arrangements, for example slots, rings, quadrant combinations or a pattern of individually controlled points. Furthermore, the diaphragms can be partially mirrored glass slides, perforated mirrors, wavelength-selectively vapor-coated mirrors or partially transparent mirrors. It is also possible to design different optically effective zones by appropriately designing the divider mirror!

Im Anspruch 18 ist ein einfach aufgebauter Lichtmodulator, nämlich ein Flüssigkristallelement gekennzeichnet, das bereichsselektiv lichtdurchlässig bzw. lichtundurchlässig geschaltet werden kann.In claim 18, a simply constructed light modulator, namely a liquid crystal element, is identified, which can be switched to be selectively translucent or opaque.

Im Anspruch 20 ist eine weitere bevorzugte Lösung der erfindungsgemäß gestellten Aufgabe und insbesondere eine Ausbilung einer Vorrichtung zur Beobachtung der hinteren Augenabschnitte gekennzeichnet, die sich dadurch auszeichnet, daß zusätzlich Marken auf das zu beobachtende Objekt, also beispielsweise den Augenhintergrund projiziert werden können. Diese Marken können beispielsweise zur Markierung von zu behandelnden (koagulierenden) oder zu untersuchenden Gebieten dienen und mittels Bildverarbeitung in einem vorher aufgenommenen Bild erzeugt werden. Hierzu wird ausdrücklich auf die ältere Patentanmeldung DE-A-6 07 721.6 verwiesen, in der die Verwendug von Bildverarbeitung zur Behandlungsplanung und zur Erzeugung von Markierungen ausführlich erläutert ist.In claim 20, a further preferred solution to the object according to the invention and in particular a training of a device for observing the rear eye sections is characterized, which is characterized in that additional marks can be projected onto the object to be observed, for example the fundus of the eye. These marks can be used, for example, to mark areas to be treated (coagulating) or to be examined and can be generated in a previously recorded image by means of image processing. For this purpose, reference is expressly made to the older patent application DE-A-6 07 721.6, in which the use of image processing for treatment planning and for generating markings is explained in detail.

Diese Marken können beispielsweise durch "Hellschalten" des Beleuchtungslichtstrahls an der entsprechenden Stelle erzeugt werden (Anspruch 21). Das Hellschalten ist besonders dann bevorzugt, wenn die Marken zur Orientlerung und/oder Kennzeichnung eines bestimmten Bereichs dienen sollen, da dann in jedem Falle die Ortsbeziehung zwischen "Scan-Strahl" und Marke erhalten bleibt.These marks can be generated, for example, by "illuminating" the illuminating light beam at the corresponding point (claim 21). Switching on is particularly preferred when the marks are to be used for orientation and / or identification of a certain area, since the spatial relationship between the "scan beam" and the mark is then retained in any case.

Es ist jedoch auch möglich, zur Projektion der Marken eine eigene Lichtquelle und insbesondere eine eigene Positionierungseinheit (Anspruch 22) zu verwenden, da dann eine weitestgehende Unabhängigkeit der einzelnen Systeme gewährleistet ist. Diese Ausbildung ist besonders dann empfehlenswert, wenn der zusätzliche Strahl zu Bearbeitungszwecken, beispielsweise Koagulationszwecken dienen soll.However, it is also possible to use a separate light source and in particular a separate positioning unit (claim 22) for projecting the marks, since the individual systems are then largely independent. This training is particularly recommended if the additional beam is to be used for processing purposes, for example coagulation purposes.

Dieses Positionierungssystem kann beispielsweise ein akustooptischer Deflektor oder eine Taumeloptik nach Patentanmeldung DE-A-35 32 464.3, da dieser einfach und stabil zu handhaben ist (Anspruch 23).This positioning system can be, for example, an acousto-optical deflector or a wobble lens according to patent application DE-A-35 32 464.3, since it is easy and stable to handle (claim 23).

Als Abtasteinrichtung wird dagegen erfindungsgemäß bevorzugt ein x/y-Scanner mit einer Polygon-Spiegeltrommel und einem Galvanometerspiegel verwendet, da ein derartiges System wellenlängenunabhängig arbeitet, was insbesondere bei der erfindungsgemäß vorgesehenen gleichzeitigen Verwendung von Licht mehrerer Wellenlängen von Vorteil ist (Anspruch 25).In contrast, according to the invention, an x / y scanner with a polygon mirror drum and a galvanometer mirror is preferably used as the scanning device, since such a system operates independently of the wavelength, which is particularly advantageous when light of several wavelengths is used simultaneously according to the invention (claim 25).

Neben den vorstehend erläuterten Anwendungsmöglichkeiten für die zusätzlich eingespiegelten Markierungen ist eine weitere Anwendungsmöglichkeit die im Anspruch 24 genannte Fundusperimetrie. Die Markierungen dienen dabei als sog. Stimuli, die der Patient erkennt bzw. bei Gesichtsfeldausfällen nicht erkennt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn als Beobachtungslichtquelle ein Infrarotlaser verwendet wird, da dann das Beobachtungslicht nicht die Wahrnehmung der Stimuli beeinträchtigt. Durch diese erfindungsgemäße Weiterbildung einer Vorrichtung zur Beobachtung der hinteren Augenabschnitte erhält man ein Fundusperimeter, das Mikroperimetrie unter Sichtkontrolle ermöglicht und das darüberhinaus auch Sehschulung zur Behebung von Sehoder Fixationsschwächen erlaubt.In addition to the possible uses for the additionally reflected markings, a further possible use is that mentioned in claim 24 Fundus perimetry. The markings serve as so-called stimuli, which the patient recognizes or does not recognize in the case of visual field loss. It is particularly advantageous if an infrared laser is used as the observation light source, since then the observation light does not impair the perception of the stimuli. This further development, according to the invention, of a device for observing the posterior sections of the eye provides a fundus perimeter which enables microperimetry under visual control and which, moreover, also enables visual training to correct vision or fixation weaknesses.

Bei der Mikroperimetrie, aber nicht nur bei dieser Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ist es weiterhin von Vorteil, wenn eine zusätzliche Umfeldbeleuchtung vorgesehen wird, die beispielsweise über einen teildurchlässigen Spiegel eingekoppelt wird. Diese Umfeldbeleuchtung erlaubt beispielsweise Perimetrie auf einem "bestimmten Helligkeitslevel", hat aber natürlich auch noch weitere Vorteile.In microperimetry, but not only in this application of the device according to the invention, it is also advantageous if additional ambient lighting is provided, which is coupled in, for example, via a partially transparent mirror. This ambient lighting allows, for example, perimetry at a "certain brightness level", but of course also has other advantages.

Bei der Fundusperimetrie können über eine Steuereinheit besondere Suchalgorithmen, Skotomerkennung, eine variable Meßpunktdichte, Fundus-Tracking zur automatischen Lageerkennung der projizierten Marken auf dem Fundus realisiert werden. Ferner können eine Positiv- und Negativperimetrie, Farbdifferentialuntersuchungen etc durchgefeührt werden.In fundus perimetry, special search algorithms, scotome detection, a variable measuring point density, fundus tracking for automatic position detection of the projected marks on the fundus can be implemented via a control unit. Furthermore, positive and negative perimetry, color differential examinations, etc. can be carried out.

Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausbildung einer Vorrichtung, die insbesondere zur Beobachtung der hinteren Augenabschnitte geeignet ist, sind gemäß Anspruch 30 ein oder mehrere Detektoren vorgesehen, denen Blenden derart vorgeschaltet sind, daß sich eine Dunkelfeldbeleuchtung der Detektoren ergibt, so daß nur die mehrfachgestreuten Komponenten im Objekt- bzw. Fundusbild aufgenommen werden. Hierdurch erhält man eine kontrastverstärkte Darstellung bestimmter Strukturen, z.B. dem Papillengewebe ermöglicht. Dies ist für die automatische Papillenrandbestimmung im Rahmen der Glaukomdiagnostik von hohem Interesse.In a further embodiment of a device according to the invention, which is particularly suitable for observing the rear eye sections, one or more detectors are provided according to claim 30, which are connected in front of diaphragms in such a way that dark-field illumination of the detectors results, so that only the multiple-scattered ones Components are included in the object or fundus image. This results in a contrast-enhanced representation of certain structures, for example the papilla tissue. This is of great interest for the automatic determination of the papilla margin in the context of glaucoma diagnosis.

Durch das erfindungsgemäße Konzept, mehrere Detektoren vorzusehen, ist es selbstverständlich möglich, "Dunkelfeld"- und "Hellfeld"-Bilder gleichzeitig aufzunehmen.The concept according to the invention of providing several detectors makes it possible, of course, to record "dark field" and "bright field" images at the same time.

Ferner ist es erfindungsgemäß von Vorteil, wenn gemäß Anspruch 31 in das aufgenommene und dargestellte Bild früher aufgenommene Bilder und/oder Markierungen deckungsgleich eingespiegelt werden, so daß der Bedienungsperson beispielsweise ein Vergleich mit auf andere Weise aufgenommenen Bildern, beispielsweise Angiographien oder eine Kontrolle einer automatischen Laserstrahlpositionierung möglich wird. Hierzu wird ebenfalls auf die ältere Patentanmeldung DE-A-36 07 721.6 verwiesen. Das "Einspiegeln kann optisch, bevorzugt aber elektronisch in die Beobachtungseinrichtung, beispielsweise einen Monitor erfolgen.Furthermore, it is advantageous according to the invention if, according to claim 31, previously recorded images and / or markings are coincidentally reflected in the recorded and displayed image, so that the operator can, for example, make a comparison with images recorded in another way, for example angiographies or check an automatic laser beam positioning becomes possible. For this purpose, reference is also made to the older patent application DE-A-36 07 721.6. The "mirroring" can take place optically, but preferably electronically, into the observation device, for example a monitor.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich nicht nur als Bilderzeugungs- bzw. Diagnose-, sondern auch als Bearbeitungs- bzw. Therapiegerät und kann mit den verschiedensten Instrumenten kombiniert werden, beispielsweise Bearbeitungs- bzw. Behandlungslasern unterschiedlicher Wellenlänge.The device according to the invention is suitable not only as an imaging or diagnostic device, but also as a processing or therapy device and can be combined with a wide variety of instruments, for example processing or treatment lasers of different wavelengths.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn zusätzlich der Strahl eines Koagulationslaser, also beispielsweise eines Ar⁺-Lasers oder eines Farbstofflasers bevorzugt zwischen Abtasteinrichtung und Auge eingespiegelt wird (Anspruch 27). Natürlich ist es aber auch möglich, zum Koagulieren die Leistung eine Beobachtungslasers "kurzfristig" zu erhöhen, wie dies in der US-A- 4 213 678 beschrieben ist. Die Mitverwendung der "Scan-Einrichtung" ermöglicht in diesem Falle insbesondere die Behandlung größerer Gebiete bzw. mehrerer Gebiete In einem Schritt.However, it is particularly advantageous if the beam from a coagulation laser, for example an Ar⁺ laser or a dye laser, is preferably also reflected between the scanning device and the eye (claim 27). Of course, it is also possible to coagulate to "temporarily" increase the power of an observation laser as described in US-A-4,213,678. In this case, the use of the “scan device” in particular enables the treatment of larger areas or several areas in one step.

Eine Vorrichtung zur Beobachtung der hinteren Augenabschnitte mit abtastender Beleuchtung ist wegen der reflexfreien und hochauflösenden Bilddarstellung besonders als Bildgeber für eine sog. Eye-Tracking-Einheit prädestiniert. Bezüglich des prinzipiellen Eye-Tracking-Konzepts -Nachführung der Beobachtungs- und/oder Behandlungseinheit, Abschalten des Lasers bei Augenbewegungen usw. - wird wiederum auf die ältere Patentanmeldung DE-A-36 07 721.6 verwiesen, deren Inhalt im übrigen ausdrücklich als Offenbarung für diese Anmeldung beansprucht wird.A device for observing the rear eye sections with scanning illumination is particularly predestined as an image generator for a so-called eye tracking unit because of the reflection-free and high-resolution image display. Regarding the basic eye tracking concept - tracking of the observation and / or treatment unit, switching off the laser during eye movements, etc. - reference is again made to the older patent application DE-A-36 07 721.6, the content of which is expressly disclosed as a disclosure for this Registration is claimed.

Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Beobachtung der hinteren Augenabschnitte mit abtastender Beleuchtung wegen der reflexfreien und hochauflösenden Bilddarstellung besonders als Bildgeber für eine Behandlungsplanung geeignet wie sie ebenfalls bereits in der Patentanmeldung DE-A-36 07 721.6 beschrieben ist. Dies gilt insbesondere bei einer Ausgestaltung gemäß Anspruch 33.Furthermore, a device for observing the rear eye sections with scanning illumination is particularly suitable as an imaging device for treatment planning because of the reflection-free and high-resolution image display, as has also been described in patent application DE-A-36 07 721.6. This applies in particular to a configuration according to claim 33.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, eine Vorrichtung gemäß mit "Double-Scanning" zu verwenden, die gemäß Anspruch 33 weitergebildet ist. Dabei wird im Gegensatz zu der aus der EP-A-0 145 563 bekannten Vorrichtung eine Bildfeldblende mit einem Durchmesser von 80 bis 150 µm verwendet, also wesentlich größer als der Punktbilddurchmesser auf dem Augenhintergrund, der typischerweise zwischen 8 und 12 µm, höchstens jedoch ca 20 µm beträgt. Durch diese Wahl der Bildfeldblende, die von der in der EP-A-0 145 563 als Erfindung beanspruchten Wahl abweicht, wird das erfindungsgemäße Konzept, mehrere Einzeldetektoren zu verwenden, besonders unterstützt. Die Pupillenseparation in der Pupillenebene kann dabei In aus den einzelnen Fundstellen bekannter Weise erfolgen.However, it is particularly advantageous to use a device according to "double scanning" which is further developed according to claim 33. In contrast to the device known from EP-A-0 145 563, an image field diaphragm with a diameter of 80 to 150 μm is used, that is to say substantially larger than the point image diameter on the fundus, which is typically between 8 and 12 μm, but at most approx Is 20 µm. By choosing the field diaphragm that is different from that in the EP-A-0 145 563 deviates from the choice claimed as the invention, the concept according to the invention of using several individual detectors is particularly supported. The pupil separation in the pupil plane can take place in a manner known from the individual sites.

Brief description of the drawing

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der zeigen:

Fig. 1 den allgemeinen Strahlengang einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 den Strahlengang "vor" der Abtasteinrichtung,
Fig. 3 eine mögliche Detektoranordnung in einer zum Objekt konjugierten Ebene,
Fig. 4a - c mögliche Detektoranordnungen in einer zur Pupille konjugierten Ebene, und
Fig. 5 mögliche Pupillen für das Beleuchtungslicht und das reflektierte Licht.

The invention is described in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the drawing, in which:

1 shows the general beam path of a device according to the invention,
2 the beam path "in front" of the scanning device,
3 shows a possible detector arrangement in a plane conjugated to the object,
4a-c possible detector arrangements in a plane conjugate to the pupil, and
Fig. 5 possible pupils for the illuminating light and the reflected light.

Representation of exemplary embodiments

Fig. 1 zeigt den allgemeinen Strahlengang einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens als Laser-Scanning-Ophthalmoskop verwendet wird. Das Licht L einer in Fig. 2 näher dargestellten Beleuchtungs-Einrichtung trifft auf einen Polygonspiegel 1 einer Abtasteinrichtung auf. Der Polygonspiegel 1 lenkt entsprechend seiner Drehung in Richtung eines Pfeils 1′ das Licht L in Horizontalrichtung ab. Ein Konkavspiegel 2 und ein weiterer Konkavspiegel 3 bilden das in Horizontalrichtung abgelenkte Lichtbündel auf einen Galvanometerspiegel 4 ab, der in Richtung eines Pfeils 4′ schwingt und das Lichtbündel zusätzlich in Vertikalrichtung ablenkt. Das in Horizontal- (x) und in Vertikalrichtung (y) abgelenkte Lichtbündel wird von einem Planspiegel 5 umgelenkt und von einem Konkavspiegel 6 auf den Fundus (Retina) R eines Auges 7 derart fokussiert, daß der in x-und y-Richtung abtastende Lichtstrahl einen "Knotenpunkt" in der Pupillenebene P des Auges 7 hat. Die Brechkräfte der Elemente 2, 3, und 6 sowie die optischen Wege zwischen die Elementen sind so bemessen, daß die Ebenen P′ bzw. P˝ der Spiegel 4 bzw. 1 konjugierte Ebenen zu der Pupillenebene P des Auges 7 sind.1 shows the general beam path of a device according to the invention, which is used as a laser scanning ophthalmoscope without restricting the general inventive concept. The light L of an illumination device shown in more detail in FIG. 2 strikes a polygon mirror 1 of a scanning device. The polygon mirror 1 deflects according to its rotation in the direction of an arrow 1 'from the light L in the horizontal direction. A concave mirror 2 and a further concave mirror 3 form the light beam deflected in the horizontal direction from a galvanometer mirror 4 which swings in the direction of an arrow 4 'and the light beam additionally in the vertical direction distracts. The light beam deflected in the horizontal (x) and in the vertical direction (y) is deflected by a plane mirror 5 and focused by a concave mirror 6 onto the fundus (retina) R of an eye 7 in such a way that the light beam scanning in the x and y directions has a "node" in the pupil plane P of the eye 7. The refractive powers of the elements 2, 3, and 6 and the optical paths between the elements are dimensioned such that the planes P 'and P˝ of the mirrors 4 and 1 are conjugate planes to the pupil plane P of the eye 7.

Das am Augenhintergrund R reflektierte bzw. gestreute Licht N wird auf dem umgekehrten Weg über die Spiegel 6, 5, 4, 3 und 2 zum Polygonspiegel 1 zurückgeleitet und kann - wie in Fig. 2 näher dargestellt ist - "hinter" der Abtasteinrichtung mit einer ortsfesten Detektoranordnung nachgewiesen werden.The light N reflected or scattered at the back of the eye R is returned in the opposite way via the mirrors 6, 5, 4, 3 and 2 to the polygon mirror 1 and can - as shown in more detail in FIG. 2 - "behind" the scanning device with a stationary detector arrangement can be detected.

Ferner sind eine unabhängige Lichtquelle 11, die bevorzugt ein Laser ist, sowie eine von der Ablenkeinrichtung 1,4 unabhängig arbeitende Ablenkeinheit 12 vorgesehen, die den Strahl M der Lichtquelle 11 ablenkt und ein Positionieren des Strahls M auf der Retina erlaubt. Hierzu ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Spiegel 5 als teildurchlässiger Spiegel ausgebildet.Furthermore, an independent light source 11, which is preferably a laser, and a deflection unit 12, which works independently of the deflection device 1, 4 and which deflects the beam M of the light source 11 and allows the beam M to be positioned on the retina. For this purpose, in the exemplary embodiment shown, the mirror 5 is designed as a partially transparent mirror.

Die Lichtquelle 11 kann beispielsweise ein Koagulationslaser, also z.B. ein Ar⁺-Laser, ein Bildmarkengeber oder die Lichtquelle sein, die die Durchführung einer Mikro-Fundusperimetrie erlaubt.The light source 11 can for example be a coagulation laser, e.g. an Ar⁺ laser, an image marker or the light source that allows a micro fundus perimetry to be carried out.

Die Ablenkeinheit 12 kann natürlich jede beliebige Einheit sein, die das Positionieren eines Lichtstrahls auf einer Objektfläche ermöglicht. Dei Ablenkeinheit 12 kann ein akusto-optischer Deflektor oder eine Taumeleinheit sein.The deflection unit 12 can of course be any unit that enables the positioning of a light beam on an object surface. The deflection unit 12 can be a acousto-optical deflector or a wobble unit.

Darüberhinaus ist im Strahlengang ein weiterer teildurchlässiger Spiegel 13 angeordnet, der das großflächige Einspiegeln des Lichts B einer weiteren, nicht dargestellten Beleuchtungsquelle erlaubt. Das Licht B dient zum großflächigen Beleuchten des Augenhintergrunds R und kann Insbesondere bei der Mikroperimetrie dazu dienen, einen bestimmten Helligkeitslevel "einzustellen", auf dem dann die mit dem Laser 11 eingespiegelten Marken erkannt werden müssen.In addition, a further partially transparent mirror 13 is arranged in the beam path, which allows the large-area reflection of the light B from a further illumination source, not shown. The light B serves to illuminate the fundus R over a large area and, in particular in microperimetry, can serve to “set” a certain brightness level at which the marks reflected by the laser 11 must then be recognized.

Fig. 2 zeigt die Ausbildung der Beleuchtungs-Einrichtung und der Detektoreinrichtung, die im Lichtweg "vor" bzw. "hinter" dem Polygonspiegel 1 der Abtasteinrichtung angeordnet sind.2 shows the design of the illumination device and the detector device, which are arranged in the light path “in front” or “behind” the polygon mirror 1 of the scanning device.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Beleuchtungseinrichtung zwei Laser 21 und 22 auf, die Licht unterschiedlicher Wellenlänge, beispielsweise im UV-und sichtbaren Bereich oder im sichtbaren und Infrarot-Bereich ausstrahlen.In the exemplary embodiment shown, the lighting device has two lasers 21 and 22 which emit light of different wavelengths, for example in the UV and visible range or in the visible and infrared range.

Der Lichtweg der beiden Laser wird mittels eines teildurchlässigen oder wellenlängenselektiven Spiegels 23 vereinigt und mittels eines Teilerspiegels 24 in den gemeinsamen Lichtweg des Beleuchtungslichts L und des Nachweislichts N eingekoppelt.The light path of the two lasers is combined by means of a partially transparent or wavelength-selective mirror 23 and coupled into the common light path of the illuminating light L and the detection light N by means of a splitter mirror 24.

Die Ausbildung des Teilerspiegels 24 bestimmt die Ausbildung der Eintrittspupille, d.h. des Teils der Augenpupille, den das Beleuchtungslicht L durchsetzt, und der Austrittspupille, d.h. des Teils der Augenpupille, den das an der Retina R reflektierte bzw. gestreute Licht N durchsetzt.The formation of the divider mirror 24 determines the formation of the entrance pupil, ie the part of the eye pupil through which the illuminating light L passes, and the exit pupil, ie the part of the eye pupil through which the light N reflected or scattered at the retina R passes.

Fig. 5 zeigt eine mögliche Pupillenteilung. Durch eine wellenlängenselektive Beschichtung des Teilerspiegels 24 kann erreicht werden, daß das Licht eines beispielsweise im sichtbaren Bereich arbeitenden Lasers lediglich von dem die optische Achse umgebenden Bereich reflektiert wird, so daß die Eintrittspupille der Bereich 51 ist. Der den Bereich 51 umgebende Bereich 52 ist dann die Austrittspupille. Wählt man die Spiegelschichten des Spiegels 24 derart, daß die für sichtbares Licht reflektierende Schicht Licht beispielsweise im Infrarotbereich durchläßt und umgekehrt, so ist die Eintrittspupille für Licht im Infrarotbereich der Bereich 52 und der Bereich 51 die Austrittspupille.5 shows a possible pupil division. By means of a wavelength-selective coating of the divider mirror 24, it can be achieved that the light of a laser operating, for example, in the visible region is only reflected by the region surrounding the optical axis, so that the entrance pupil is the region 51. The area 52 surrounding the area 51 is then the exit pupil. If one selects the mirror layers of the mirror 24 in such a way that the layer reflecting for visible light transmits light, for example in the infrared range and vice versa, the entrance pupil for light in the infrared range is the area 52 and the area 51 is the exit pupil.

Aufgrund der unterschiedlichen Winkel der Randstrahlen wird das durch den Bereich 51 hindurchtretende Licht auf der Retina R mit einer hohen Schärfentiefe fokussiert, während das durch den Bereich 52 einfallende Licht mit einer geringen Schärfentiefe fokussiert wird. Damit lassen sich mit zwei Lasern 21 und 22 gleichzeitig Bilder mit hoher Schärfentiefe und Bilder mit geringer Schärfentiefe im Bereich von 0,1mm und darunter aufnehmen, die eine Tiefenanalyse gestatten, während das gleichzeitig aufgenommene Bild mit hoher Schärfentiefe eine Überblicksdarstellung ermöglicht.Due to the different angles of the marginal rays, the light passing through the area 51 is focused on the retina R with a high depth of field, while the light incident through the area 52 is focused with a small depth of field. This means that two lasers 21 and 22 can simultaneously record images with a high depth of field and images with a shallow depth of field in the range of 0.1 mm and below, which permit depth analysis, while the image recorded at the same time with a high depth of field enables an overview display.

Ferner ist in Fig. 5 angedeutet, daß die Austrittspupille 52 in zwei Bereiche 52′ und 52˝ aufgeteilt werden kann. Die Differenz der in den Bereichen 52′ und 52˝ aufgenommenen Signale ermöglicht eine Aussage über die Richtungsasymmetrie der Querstreuung.It is also indicated in Fig. 5 that the exit pupil 52 can be divided into two areas 52 'and 52˝. The difference between the signals recorded in the areas 52 'and 52˝ allows a statement about the directional asymmetry of the cross scatter.

Weiterhin ist in Fig. 2 exemplarisch eine erfindungsgemäß verwendete Detektoreinrichtung dargestellt. Die Detektoreinrichtung weist vier Einzeldetektoren 311, 312, 313 und 314 auf, die in einer zur Retina R konjugierten Ebene angeordnet und mit dem an der Retina R reflektierten Nachweislicht N beaufschlagt sind.Furthermore, an example according to the invention is shown in FIG. 2 used detector device shown. The detector device has four individual detectors 311, 312, 313 and 314, which are arranged in a plane conjugate to the retina R and are acted upon by the detection light N reflected on the retina R.

Ausdrücklich wird darauf hingewiesen, daß es aufgrund des zum Bildaufbau verwendeten "Scan-Verfahrens", bei dem das in den gesamten auswertbaren Raumwinkel gestreute bzw. reflektierte Licht erfaßt und zeitsequentiell zum Bildaufbau verwendet wird, nicht erforderlich ist, daß die Detektoren tatsächlich körperlich in einer zur Retina konjugierten Ebene angeordnet sind. Es genügt vielmehr, wenn in dieser Ebene (bzw. bei Fig.4 in einer zur Pupille konjugierten Ebene) bildfeldbestimmende Blenden angeordnet sind, und das durch diese Blenden hindurchtretende Licht mittels eine Zwischenabbildung vermittelnden Elementen, beispielsweise einer Relaisoptik oder Lichtleiter zu den beabstandet angeordneten Detektoren geleitet wird. Insoweit ist, wenn im folgenden von Detektoren die Rede ist, immer auch gemeint, daß statt dessen bildfeldbestimmende Blenden entsprechend ausgebildet sein können.It is expressly pointed out that, due to the "scan method" used for image construction, in which the light scattered or reflected in the entire evaluable solid angle is detected and used sequentially for image construction, it is not necessary for the detectors to actually be physically in one plane conjugated to the retina. Rather, it is sufficient if diaphragms determining the field of view are arranged in this plane (or in FIG. 4 in a plane conjugated to the pupil), and the light passing through these diaphragms by means of intermediate imaging elements, for example relay optics or light guides to the detectors arranged at a distance is directed. In this respect, when we speak of detectors in the following, it is also always meant that diaphragms which determine the image field can instead be designed accordingly.

Gemäß Fig. 2 sind ferner Strahlteiler 301, 302 und 303 vorgesehen. Während vor dem Detektor 311 kein den Strahlengang beeinflussendes Element angeordnet ist, sind vor dem Detektor 312 ein 0°-Analysator 322, vor dem Detektor 313 ein 45°-Analysator 323 und vor dem Detektor 314 ein λ/4-Plättchen 324 angeordnet.2, beam splitters 301, 302 and 303 are also provided. While no element influencing the beam path is arranged in front of the detector 311, a 0 ° analyzer 322 is arranged in front of the detector 312, a 45 ° analyzer 323 in front of the detector 313 and a λ / 4 plate 324 in front of the detector 314.

Bezeichnet man die Ausgangssignale der Detektoren 311 bis 314 mit A-D, so kann man mittels einer nicht dargestellten Synchronisier- und Auswerteeinheit zur Analyse des Polarisationszustandes des reflektierten Lichts die Stokes-Parameter S_i bilden: $S_{o} = A, S₁ = B-A, S₂ = C-A, S₄ = D-A$

If the output signals of the detectors 311 to 314 are referred to as AD, the Stokes parameters can be determined by means of a synchronization and evaluation unit (not shown) for analyzing the polarization state of the reflected light S _i form:

S_{O} = A, S₁ = BA, S₂ = CA, S₄ = DA

Hieraus kann man zur Beschreibung der Polarisationscharakteristik folgende Größen ableiten:

The following quantities can be derived from this to describe the polarization characteristic:

Die Ermittlung der Polarisationscharakteristik erlaubt die Ermittlung lokaler Defekte und die Hervorhebung anisotroper, z.B. gerichteter Strukturen der Retina, wie etwa die Nervenfaserschicht.The determination of the polarization characteristic allows the determination of local defects and the emphasis on anisotropic, e.g. directed structures of the retina, such as the nerve fiber layer.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Detektoranordnung (bzw. Blendenanordnung) handelt es sich selbstverständlich lediglich um ein Beispiel für eine erfindungsgemäß verwendete Detektoranordnung mit mehreren Detektoren, die in einer Ebene angeordnet sind, die zu dem abzubildenden Objekt, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Retina konjugiert ist.The detector arrangement (or diaphragm arrangement) shown in FIG. 2 is of course only an example of a detector arrangement used according to the invention with a plurality of detectors which are arranged in a plane which conjugates to the object to be imaged, in the present exemplary embodiment of the retina is.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Detektoranordnung (bzw. eine Anordnung bildfeldbestimmender Blenden) mit Detektoren 41 bis 45 in einer zur Retinaebene konjugierten Ebene. Der Detektor 41 ist ein sog. Hellfeld-Detektor, während die Detektoren 42 bis 45 Dunkelfelddetektoren sind. Bezeichnet man die Ausgangssignale der Detektoren 41 bis 45 mit 41′ bis 45′, so gibt die Größe $(41′+43′)-(44′+45′)$

die Richtungscharakteristik der Reflexion an.FIG. 3 shows a further example of a detector arrangement (or an arrangement of image field-determining diaphragms) with detectors 41 to 45 in a plane conjugated to the retinal plane. The detector 41 is a so-called bright field detector, while the detectors 42 to 45 are dark field detectors. If one designates the output signals of the detectors 41 to 45 with 41 'to 45', the size gives

(41 ′ + 43 ′) - (44 ′ + 45 ′)

the directional characteristic of the reflection.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Detektoren bzw. die bildfeldbestimmenden Blenden nicht in zur Objektebene R konjugierten Ebenen anzuordnen, sondern beispielsweise in zur Pupille P konjugierten Ebenen. In den Fig. 4a bis 4c sind entsprechende Beispiele dargestellt.Of course, it is also possible not to arrange the detectors or the field-determining diaphragms in planes conjugated to the object plane R, but, for example, in planes conjugated to the pupil P. Corresponding examples are shown in FIGS. 4a to 4c.

Fig. 4a zeigt eine drei Detektoren 41 bis 43 aufweisende Detektoranordnung. Das Ausgangssignal des Detektors 41 ist proportional zum spekularen Anteil, während die Ausgangssignale 42′und 43′ der Detektoren 42 und 43 die Streuung unter größeren Winkeln wiedergeben.4a shows a detector arrangement having three detectors 41 to 43. The output signal of the detector 41 is proportional to the specular component, while the output signals 42 'and 43' of the detectors 42 and 43 reflect the scattering at larger angles.

Fig. 4b zeigt eine Detektoranordnung mit fünf Einzeldetektoren 41 bis 45, die bei einem konfokalen Aufbau in einer zur Pupillenebene P konjugierten Ebene angeordnet sind. Das Ausgangssignal 41′ des Detektors 41 gibt wiederum den spekularen Anteil an, während die Ausgangssignale
(42′-43′) den diff. Phasenkontrast
und die Ausgangssignale
(42′+43′)-(44′+45′) die Streucharakteristik
wiedergeben.4b shows a detector arrangement with five individual detectors 41 to 45, which are arranged in a confocal structure in a plane conjugate to the pupil plane P. The output signal 41 'of the detector 41 in turn indicates the specular portion, while the output signals
(42′-43 ′) the diff. Phase contrast
and the output signals
(42 ′ + 43 ′) - (44 ′ + 45 ′) the scatter characteristic
play.

Fig. 4c zeigt eine ebenfalls in einer zur Pupille P konjugierten Ebene angeordnete Detektoranordnung mit vier kreissektorförmigen Einzeldetektoren 41 bis 44. Die Verknüpfung $(41′+43′)-(42′+44′)$

der Ausgangssignale dieser Detektoren gibt beispielsweise die Links-Rechts-Asymmetrie des Streulichts wieder. Nochmals soll darauf hingewiesen werden, daß vorstehend Detektoranordnung und Anordnung bildfeldbestimmender Blenden als Synonyme verwendet worden sind.4c shows a detector arrangement, likewise arranged in a plane conjugate to the pupil P, with four circular sector-shaped individual detectors 41 to 44. The linkage

(41 ′ + 43 ′) - (42 ′ + 44 ′)

the output signals of these detectors reflect, for example, the left-right asymmetry of the scattered light. It should be pointed out again that the detector arrangement and the arrangement of image-determining diaphragms have been used as synonyms above.

Vorstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens - durch besondere Arten der Beleuchtung und/oder der Analyse des rückgestreuten Lichts nach den verschiedensten Kriterien wesentlich weitergehende Informationen über das abzubildende Objekt, beispielsweise den Augenhintergrund zu erhalten als dies mit irgendeiner anderen der bekannten Vorrichtungen zur Bilderzeugung möglich ist - beschrieben wordenAbove, the invention can be obtained on the basis of exemplary embodiments without restricting the general inventive concept - by means of special types of illumination and / or the analysis of the backscattered light according to the most varied of criteria, much more extensive information about the object to be imaged, for example the fundus of the eye, than with any other known one Devices for image generation are possible - have been described

Innerhalb dieses allgemeinen Erfindungsgedankens sind selbstverständlich die verschiedensten Modifikationen möglich:A wide variety of modifications are of course possible within this general inventive concept:

Die erfindungsgemäße optische Bildvorverarbeitung kann zusätzlich auch durch speziell gestaltete austauschbare und/oder variable Blenden, wie LCD-Blenden vor den Detektoren, also beispielsweise anstelle oder zusätzlich zu den Elementen 322 bis 324 verfeinert werden.The optical image preprocessing according to the invention can also be refined by specially designed interchangeable and / or variable diaphragms, such as LCD diaphragms in front of the detectors, for example instead of or in addition to elements 322 to 324.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch ohne "Double-Scanning" arbeiten, insbesondere bei Detektoranordnungen in der Pupillenebene, bei denen auf einen konfokalen Nachweis verzichtet werden kann.The device according to the invention can also work without “double scanning”, in particular in the case of detector arrangements in the pupil plane in which confocal detection can be dispensed with.

Auch sind erfindungsgemäße Vorrichtungen mit nur einem Detektor, aber entsprechend ausgebildeten Blenden vorstellbar. Auch können bildfeldbestimmende Blenden, die in bestimmten Ebenen austauschbar angeordnet sind, mit feststehenden, in anderen Ebenen angeordneten Detektoren über Lichtleitmittel verbunden sein.Devices according to the invention with only one detector but correspondingly designed diaphragms are also conceivable. Apertures determining the field of view, which are arranged interchangeably in certain planes, can also be connected to fixed detectors arranged in other planes via light guide means.

Die Einspiegelung eines positionierbaren zusätzlichen Strahls und/oder der Umfeldbeleuchtung kann auch in anderer Weise als vorstehend beschrieben erfolgen. Auch können andere Pupillenteilungen oder streng konfokale Anordnungen realisiert werden.A positionable additional beam and / or the surrounding lighting can also be reflected in a different way than described above. Other pupil divisions or strictly confocal arrangements can also be implemented.

Die vorstehende Beschreibung der Erfindung erlaubt eine Realisierung der erfindungsgemäß verwendeten Auswerte- und Synchronisiereinheit, die die einzelnen Signale verknüpft und/oder speichert auch ohne bis ins einzelne gehende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels beispielsweise mittels eines Mikrocomputers.The above description of the invention allows the evaluation and synchronization unit used according to the invention to be implemented, which links the individual signals and / or stores them even without a detailed description of an embodiment, for example by means of a microcomputer.

Es versteht sich von selbst, daß die vorstehende Beschreibung eines Laser-Scanning-Ophthalmoskops die erfindungsgemäßen Grundgedanken nicht auf Ophthalmoskop-Anwendungen beschränkt, obwohl sie gerade bei der Beobachtung des Augenhintergrundes wegen der spezifischen, aus der Augenpupille resultierenden Schwierigkeiten besonders vorteilhaft sind. Die erfindungsgemäßen Grundgedanken sind selbstverständlich auch in Geräten einsetzbar, die zur Beobachtung der Cornea dienen, die als Laser-Scanning-Kameras oder als Laser-Scanning-Mikroskope für medizinische und technische Anwendungen ausgebildet sind, sowie in anderen Laser-Scanning-Bildgebern.It goes without saying that the above description of a laser scanning ophthalmoscope does not limit the basic principles of the invention to ophthalmoscope applications, although they are particularly advantageous when observing the fundus of the eye because of the specific difficulties resulting from the eye pupil. The basic ideas of the invention can of course also be used in devices which serve to observe the cornea, which are designed as laser scanning cameras or as laser scanning microscopes for medical and technical applications, and in other laser scanning imaging devices.

Claims

1. A device to generate images of an object and in particular to observe the fundus of the eye,
with an illumination device whose light is focused on the object to be imaged and which preferably possesses at least one laser (21,22),
with a scanning device (1,4) which generates a scanning motion of the light of the illumination device on the object to be imaged,
with a detecting device (311-314; 41-45) with at least one detector which receives the light reflected at the object to be imaged, and
with an evaluation and synchronization unit which generates the image from the temporally sequential output signal of the detecting device,
characterized by the fact that the detecting device possesses several single detectors (311-314; 41-45) which are positioned in a plane or which have corresponding diaphragms or polarizing filters positioned before them so that they can track the light reflected from the different planes and/or track the areal intensity distribution of the light in one plane and/or track the polarizing status of the light conjugated to different planes or to different areas of one plane.

2. A device in accordance with claim 1,
characterized by the fact that the illumination device (21,22) simultaneously projects light of several wavelengths onto the object to be imaged (R), and that at least one, and in particular one wavelength-selective single detector is provided for the light of each wavelength.

3. A device in accordance with claim 2,
characterized by the fact that the entrance and/or exit pupils (51,52) of the light beams of different wavelengths are different.

4. A device in accordance with claim 3,
characterized by the fact that with light of different wavelengths the images show different depth of focus.

5. A device according to any of claims 1 to 4,
characterized by the fact that the evaluation unit displays the output signals of the single detectors on one or more monitors.

6. A device according to any of claims 1 to 5,
characterized by the fact that the evaluation unit links up the output signals of the single detectors in real time and displays the linked signal on a monitor.

7. A device according to any of claims 1 to 5,
characterized by the fact that the evaluation unit reads the output signals of the single detectors into the image store and links the stored signals.

8. A device according to any of claims 1 to 7,
characterized by the fact that the detecting device receives the light reflected on the object to be imaged via the scanning device (1,5) and via the diaphragm devices provided as the case may be.

9. A device according to any of claims 1 to 8,
characterized by the fact that for an observation of the fundus of the eye in a plane conjugated to the pupil (P) of the eye a detector array is provided which tracks the intensity distribution of the reflected light in this plane.

10. A device in accordance with claim 9,
characterized by the fact that the evaluation unit determines characteristic features of the intensity distribution such as the point of concentration of the reflected light, directional asymmetries, etc. from the output signals of the single detectors.

11. A device in accordance with claim 10,
characterized by the fact that the single detectors are designed in circle sector shape and are positioned in the form of a circle.

12. A device according to any of claims 1 to 11,
characterized by the fact that in a place conjugated to the object to be imaged a detector array is provided which tracks the intensity distribution of the reflected light in this plane.

13. A device in accordance with claim 12,
characterized by the fact that the evaluation unit determines characteristic features of the intensity distribution such as the share of the lateral scattering within the retina or its directional asymmetry from the output signals of the single detectors.

14. A device according to any of claims 1 to 13,
characterized by the fact that in a plane preferably conjugated to the object to be imaged (R) a series of single detectors (311..314) is provided in front of which at least in part polarizers (322,323) and/or optically effective planoparallel plates (324) are positioned.

15. A device in accordance with claim 14,
characterized by the fact that four single detectors are provided,
that no optically effective element is positioned before the first single detector, a first linear analyzer is positioned in front of the second single detector, a second linear analyzer is positioned in front of the third single detector which analyzer is rotated through 45° over the first analyzer, and a λ/4 plate is positioned in front of the fourth single detector, and
that the evaluation unit deter-nines the polarization direction and the ellipticity from the output signals of the four detectors.

16. A device according to any of claims 1 to 15,
characterized by the fact that at least some structured filters and/or variable diaphragms are positioned in front of the detecting device.

17. A device in accordance with claim 16,
characterized by the fact that electronically controllable areal light modulators form the alters.

18. A device in accordance with claim 17,
characterized by the fact that the light modulators are LCD elements with separately controllable bands.

19. A device according to any of claims 16 to 18,
characterized by the fact that the alters can be moved or turned lengthways and/or laterally to the reference beam path.

20. A device according to any of claims 1 to 19,
characterized by the fact that in addition marks can be projected onto the object to be imaged and particularly onto the fundus.

21. A device in accordance with claim 20,
characterized by the fact that the projection of marks is performed by the modulation of the illuminating light.

22. A device in accordance with claim 21,
characterized by the fact that a further light source and/or a further deflection unit or light beam positioning unit (12) is provided to project the marks.

23. A device in accordance with claim 22,
characterized by the fact that the deflection unit possesses an acousto-optical demodulator or a wobble unit.

24. A device according to any of claims 20 to 23,
characterized by the fact that the projection of marks is made to the fundus perimeter.

25. A device according to any of claims 1 to 24,
characterized by the fact that the scanning unit is an x/y scanning unit which possesses in a known fashion a rotatable polygon mirror drum (1) and a galvanometer mirror (5).

26. A device according to any of claims 1 to 25,
characterized by the fact that for background illumination a further light source is provided whose light (B) illuminates the object to be imaged and in particular the fundus over a wide area.

27. A device according to any of claims 1 to 26,
characterized by the fact that the beam of a treatment laser and in particular of a coagulation laser is additionally imaged.

28. A device according to any of claims 1 to 27,
characterized by the fact that a control unit tracks the observation beam path and/or the beam of the treatment laser on movements of the object to be imaged and in particular on eye movements (eye-tracking) or switches off the coagulation laser on eye movements during coagulation.

29. A device in accordance with claim 28,
characterized by the fact that the control unit additionally makes possible a setting of the treatment parameters and in particular a treatment plan.

30. A device according to any of claims 1 to 29,
characterized by the fact that the detecting device has an image field diaphragm situated in front of it which generates a dark field illumination for at least a part of the single detectors.

31. A device according to any of claims 1 to 30,
characterized by the fact that a picture of the object to be imaged taken earlier and in particular a fundus angiogram and/or markings can be mixed into the picture taken in a flush position.

32. A device according to any of claims 1 to 31,
characterized by the fact that the control unit possesses an image processing unit for the processing of the different pictures taken simultaneously and sequentially.

33. A device according to any of claims 1 to 32,
characterized by the fact that the illumination device, the scanning unit and the detecting unit for a confocal array, and
that the image field diaphragm of at least some single detectors is substantially larger than the point image diameter on the fundus.

34. A device according to any of claims 1 to 33,
characterized by the fact that image field determining diaphragms and the detectors positioned at a distance to these are positioned at a fixed position in the planed conjugated to the different planes.

35. A device in accordance with claim 34,
characterized by the fact that light-conducting agents connect the diaphragms and the detectors.